Përforcuesi me frekuencë të ulët (në tekstin e mëtejmë i referuar si ULF) është një pajisje elektronike e krijuar për të përforcuar lëkundjet me frekuencë të ulët në atë që i nevojitet konsumatorit. Ato mund të kryhen në elementë të ndryshëm elektronikë si për shembull lloje të ndryshme tranzistorë, tuba ose amplifikatorë operacionalë. Të gjithë ULF-të kanë një numër parametrash që karakterizojnë efektivitetin e punës së tyre.
Ky artikull do të flasë për përdorimin e një pajisjeje të tillë, parametrat e saj, metodat e ndërtimit duke përdorur komponentë të ndryshëm elektronikë. Do të merret parasysh edhe qarku i amplifikatorëve me frekuencë të ulët.
aplikacion ULF
ULF përdoret më shpesh në pajisjet e riprodhimit të zërit, sepse në këtë fushë të teknologjisë shpesh është e nevojshme të përforcohet frekuenca e sinjalit në atë që trupi i njeriut mund të perceptojë (nga 20 Hz në 20 kHz).
Aplikacione të tjera ULF:
- teknologji e matjes;
- defektoskopi;
- llogaritje analoge.
Në përgjithësi, amplifikatorët e basit gjenden si përbërës të qarqeve të ndryshme elektronike, si radiot, pajisjet akustike, televizorët ose transmetuesit e radios.
Parametrat
Parametri më i rëndësishëm për një amplifikator është fitimi. Ai llogaritet si raport i prodhimit me hyrjen. Në varësi të vlerës në shqyrtim, ato dallojnë:
- fitimi aktual=rryma dalëse / rryma hyrëse;
- fitimi i tensionit=tensioni i daljes / tensioni i hyrjes;
- fitimi i fuqisë=fuqia dalëse / fuqia hyrëse.
Për disa pajisje, si op-amps, vlera e këtij koeficienti është shumë e madhe, por është e papërshtatshme të punohet me numra shumë të mëdhenj (si dhe shumë të vegjël) në llogaritje, kështu që fitimet shpesh shprehen në logaritmikë njësi. Për këtë zbatohen formulat e mëposhtme:
- fitimi i fuqisë në njësi logaritmike=10logaritmi i fitimit të dëshiruar të fuqisë;
- fitimi aktual në njësitë logaritmike=20logaritmi dhjetor i fitimit aktual të dëshiruar;
- fitimi i tensionit në njësi logaritmike=20logaritmi i fitimit të dëshiruar të tensionit.
Koeficientët e llogaritur në këtë mënyrë maten në decibel. Emri i shkurtuar - dB.
Parametri tjetër i rëndësishëmamplifikator - koeficienti i shtrembërimit të sinjalit. Është e rëndësishme të kuptohet se përforcimi i sinjalit ndodh si rezultat i transformimeve dhe ndryshimeve të tij. Jo fakti që gjithmonë këto transformime do të ndodhin si duhet. Për këtë arsye, sinjali i daljes mund të ndryshojë nga sinjali i hyrjes, për shembull, në formë.
Përforcuesit idealë nuk ekzistojnë, kështu që shtrembërimi është gjithmonë i pranishëm. Vërtetë, në disa raste ato nuk shkojnë përtej kufijve të lejuar, ndërsa në disa të tjera shkojnë. Nëse harmonikat e sinjaleve në daljen e amplifikatorit përkojnë me harmonikat e sinjaleve hyrëse, atëherë shtrembërimi është linear dhe reduktohet vetëm në një ndryshim në amplitudë dhe fazë. Nëse në dalje shfaqen harmonikë të reja, atëherë shtrembërimi është jolinear, sepse çon në një ndryshim në formën e sinjalit.
Me fjalë të tjera, nëse shtrembërimi është linear dhe ka pasur një sinjal "a" në hyrjen e amplifikatorit, atëherë dalja do të jetë një sinjal "A", dhe nëse është jolinear, atëherë dalja do të jetë një sinjal "B".
Parametri i fundit i rëndësishëm që karakterizon funksionimin e amplifikatorit është fuqia dalëse. Llojet e fuqisë:
- Vlerësuar.
- zhurmë pasaporte.
- Afatshkurtër maksimale.
- Afatgjatë maksimale.
Të katër llojet janë të standardizuara nga GOST dhe standarde të ndryshme.
Vamplifikues
Historikisht, amplifikatorët e parë u krijuan në tuba vakum, të cilët i përkasin klasës së pajisjeve vakum.
Në varësi të elektrodave të vendosura brenda balonës hermetike, dallohen llambat:
- dioda;
- triode;
- tetrodes;
- pentoda.
Maksimuminumri i elektrodave është tetë. Ka edhe pajisje të tilla elektrovakum si klystron.
Përforcues Triode
Së pari, ia vlen të kuptohet skema e ndërrimit. Një përshkrim i qarkut të amplifikatorit me triodë me frekuencë të ulët është dhënë më poshtë.
Filamenti që ngroh katodën merr energji. Tensioni aplikohet gjithashtu në anodë. Nën veprimin e temperaturës, elektronet dalin nga katoda, të cilat nxitojnë drejt anodës, ndaj së cilës aplikohet një potencial pozitiv (elektronet kanë një potencial negativ).
Një pjesë e elektroneve kapet nga elektroda e tretë - rrjeti, në të cilin aplikohet edhe tension, vetëm duke alternuar. Me ndihmën e rrjetit rregullohet rryma e anodës (rryma në qark në tërësi). Nëse një potencial i madh negativ aplikohet në rrjet, të gjitha elektronet nga katoda do të vendosen mbi të dhe asnjë rrymë nuk do të rrjedhë nëpër llambë, sepse rryma është një lëvizje e drejtuar e elektroneve dhe rrjeti e bllokon këtë lëvizje.
Fitimi i llambës rregullon rezistencën që lidhet midis furnizimit me energji dhe anodës. Ai vendos pozicionin e dëshiruar të pikës së funksionimit në karakteristikën e tensionit aktual, nga e cila varen parametrat e fitimit.
Pse është kaq i rëndësishëm pozicioni i pikës së funksionimit? Sepse varet nga sa rrymë dhe tension (dhe rrjedhimisht fuqi) do të përforcohet në qarkun e amplifikatorit me frekuencë të ulët.
Sinjali i daljes në amplifikuesin e triodës merret nga zona midis anodës dhe rezistencës së lidhur përpara saj.
Përforcuesi aktivklystron
Parimi i funksionimit të një amplifikuesi klystron me frekuencë të ulët bazohet në modulimin e sinjalit fillimisht në shpejtësi dhe më pas në densitet.
Klystron është rregulluar si më poshtë: balona ka një katodë të ngrohur nga një filament dhe një kolektor (analog me anodën). Midis tyre janë rezonatorët hyrës dhe dalës. Elektronet e emetuara nga katoda përshpejtohen nga një tension i aplikuar në katodë dhe nxitojnë drejt kolektorit.
Disa elektrone do të lëvizin më shpejt, të tjerët më ngadalë - kështu duket modulimi i shpejtësisë. Për shkak të ndryshimit në shpejtësinë e lëvizjes, elektronet grupohen në rreze - kështu manifestohet modulimi i densitetit. Sinjali i moduluar me densitet hyn në rezonatorin e daljes, ku krijon një sinjal me të njëjtën frekuencë, por fuqi më të madhe se rezonatori i hyrjes.
Rezulton se energjia kinetike e elektroneve shndërrohet në energjinë e lëkundjeve mikrovalore të fushës elektromagnetike të rezonatorit të daljes. Kështu përforcohet sinjali në klystron.
Veçoritë e amplifikatorëve me elektrovakum
Nëse krahasojmë cilësinë e të njëjtit sinjal të përforcuar nga një pajisje tub dhe ULF në transistorë, ndryshimi do të jetë i dukshëm me sy të lirë dhe jo në favor të këtij të fundit.
Çdo muzikant profesionist do t'ju thotë se amplifikatorët e tubave janë shumë më të mirë se homologët e tyre të avancuar.
Pajisjet me elektrovakum kanë kohë që kanë dalë nga konsumi masiv, ato janë zëvendësuar me transistorë dhe mikroqarqe, por kjo është e parëndësishme për fushën e riprodhimit të zërit. Për shkak të qëndrueshmërisë së temperaturës dhe vakumit brenda, pajisjet e llambave përforcojnë më mirë sinjalin.
E vetmja pengesë e tubit ULF është çmimi i lartë, gjë që është logjike: është e shtrenjtë të prodhohen elementë që nuk janë në kërkesë në masë.
Përforcues i tranzistorit bipolar
Shpesh fazat amplifikuese montohen duke përdorur transistorë. Një përforcues i thjeshtë me frekuencë të ulët mund të montohet nga vetëm tre elementë bazë: një kondensator, një rezistencë dhe një transistor n-p-n.
Për të montuar një përforcues të tillë, do t'ju duhet të tokëzoni emetuesin e tranzistorit, të lidhni një kondensator në seri me bazën e tij dhe një rezistencë paralelisht. Ngarkesa duhet të vendoset përpara kolektorit. Këshillohet të lidhni një rezistencë kufizuese me kolektorin në këtë qark.
Tensioni i lejueshëm i furnizimit i një qarku të tillë përforcues me frekuencë të ulët varion nga 3 në 12 volt. Vlera e rezistencës duhet të zgjidhet eksperimentalisht, duke marrë parasysh faktin se vlera e tij duhet të jetë të paktën 100 herë më e madhe se rezistenca e ngarkesës. Vlera e kondensatorit mund të ndryshojë nga 1 në 100 mikrofarad. Kapaciteti i tij ndikon në sasinë e frekuencës në të cilën mund të funksionojë amplifikatori. Sa më i madh të jetë kapaciteti, aq më i ulët është vlerësimi i frekuencës që transistori mund të përforcojë.
Sinjali i hyrjes i amplifikatorit bipolar të tranzitorit me frekuencë të ulët aplikohet në kondensator. Poli pozitiv i fuqisë duhet të lidhet me pikën e lidhjes së ngarkesës dhe rezistenca të lidhet paralelisht me bazën dhe kondensatorin.
Për të përmirësuar cilësinë e një sinjali të tillë, mund të lidhni një kondensator dhe një rezistencë të lidhur paralelisht me emetuesin, të cilët luajnë rolin e reagimit negativ.
Përforcues me dy transistorë bipolarë
Për të rritur fitimin, mund të lidhni dy transistorë të vetëm ULF në një. Atëherë përfitimet e këtyre pajisjeve mund të shumëfishohen.
Megjithëse nëse vazhdoni të rrisni numrin e fazave përforcuese, mundësia e vetë-ngacmimit të amplifikatorëve do të rritet.
Përforcues i tranzistorit me efekt në terren
Përforcuesit me frekuencë të ulët montohen gjithashtu në transistorë me efekt në terren (në tekstin e mëtejmë PT). Qarqet e pajisjeve të tilla nuk janë shumë të ndryshme nga ato që janë montuar në transistorë bipolarë.
Një përforcues i portës së izoluar me kanale FET (tipi ITF) do të konsiderohet si shembull.
Një kondensator është i lidhur në seri me nënshtresën e këtij transistori dhe një ndarës i tensionit është i lidhur paralelisht. Një rezistencë është e lidhur me burimin e FET (ju gjithashtu mund të përdorni një lidhje paralele të një kondensatori dhe një rezistencë, siç përshkruhet më sipër). Një rezistencë kufizuese dhe fuqia janë të lidhura me kullimin dhe krijohet një terminal ngarkese midis rezistencës dhe kullimit.
Sinjali i hyrjes për amplifikatorët e transistorit me efekt të fushës me frekuencë të ulët aplikohet në portë. Kjo bëhet edhe nëpërmjet një kondensatori.
Siç mund ta shihni nga shpjegimi, qarku më i thjeshtë i amplifikatorit të transistorit me efekt në terren nuk është i ndryshëm nga qarku i amplifikatorit të transistorit bipolar me frekuencë të ulët.
Megjithatë, kur punoni me PT, duhet të merren parasysh veçoritë e mëposhtme të këtyre elementeve:
- FET i lartë Rinput=I / Ugate-source. Transistorët me efekt në terren kontrollohen nga një fushë elektrike,e cila krijohet nga stresi. Prandaj, FET kontrollohen nga voltazhi, jo nga rryma.
- FET nuk konsumojnë pothuajse asnjë rrymë, gjë që sjell një shtrembërim të lehtë të sinjalit origjinal.
- Nuk ka injeksion ngarkese në transistorët me efekt në terren, kështu që niveli i zhurmës së këtyre elementeve është shumë i ulët.
- Janë rezistente ndaj temperaturës.
Disavantazhi kryesor i FET është ndjeshmëria e tyre e lartë ndaj elektricitetit statik.
Shumë janë të njohur me situatën kur gjërat në dukje jo përcjellëse tronditin një person. Ky është manifestimi i elektricitetit statik. Nëse një impuls i tillë zbatohet në një nga kontaktet e transistorit me efekt në terren, elementi mund të çaktivizohet.
Kështu, kur punoni me PT, është më mirë të mos i merrni kontaktet me duar në mënyrë që të mos dëmtoni aksidentalisht elementin.
Pajisja OpAmp
Përforcuesi operacional (më tej i referuar si op-amp) është një pajisje me hyrje të diferencuara, e cila ka një fitim shumë të lartë.
Amplifikimi i sinjalit nuk është funksioni i vetëm i këtij elementi. Mund të funksionojë gjithashtu si gjenerues sinjalesh. Megjithatë, janë vetitë e tij amplifikuese ato që janë me interes për të punuar me frekuenca të ulëta.
Për të bërë një përforcues sinjali nga një përforcues funksional, duhet të lidhni saktë një qark reagimi me të, i cili është një rezistencë e rregullt. Si të kuptoni se ku ta lidhni këtë qark? Për ta bërë këtë, duhet t'i referoheni karakteristikës së transferimit të op-amp. Ka dy seksione horizontale dhe një lineare. Nëse pika e funksionimitpajisja ndodhet në një nga seksionet horizontale, atëherë op-amp funksionon në modalitetin e gjeneratorit (modaliteti i pulsit), nëse ndodhet në një seksion linear, atëherë op-amp amplifikon sinjalin.
Për të transferuar op-amp në modalitetin linear, duhet të lidhni rezistencën e reagimit me një kontakt në daljen e pajisjes, dhe tjetrën - në hyrjen përmbysëse. Kjo përfshirje quhet reagime negative (NFB).
Nëse kërkohet që sinjali i frekuencës së ulët të përforcohet dhe të mos ndryshojë në fazë, atëherë hyrja përmbysëse me OOS duhet të tokëzohet dhe sinjali i përforcuar duhet të aplikohet në hyrjen jo-invertuese. Nëse është e nevojshme të amplifikohet sinjali dhe të ndryshohet faza e tij me 180 gradë, atëherë hyrja jo-invertuese duhet të jetë e tokëzuar dhe sinjali i hyrjes duhet të lidhet me atë invertues.
Në këtë rast, nuk duhet të harrojmë se amplifikuesi operacional duhet të furnizohet me fuqi të polariteteve të kundërta. Për këtë, ai ka drejtues të veçantë kontakti.
Është e rëndësishme të theksohet se puna me pajisje të tilla ndonjëherë është e vështirë për të zgjedhur elementë për qarkun e amplifikatorit me frekuencë të ulët. Koordinimi i kujdesshëm i tyre kërkohet jo vetëm për nga vlerat nominale, por edhe për materialet nga të cilat janë bërë, për të arritur parametrat e dëshiruar të fitimit.
Përforcues në një çip
ULF mund të montohet në elementë elektrovakum, dhe në transistorë dhe në amplifikatorë operacionalë, vetëm tubat vakum janë të shekullit të kaluar, dhe pjesa tjetër e qarqeve nuk janë pa të meta, korrigjimi i të cilave në mënyrë të pashmangshme kërkon ndërlikimin e dizajnit të amplifikatorit. Kjo është e papërshtatshme.
Inxhinierët kanë gjetur prej kohësh një opsion më të përshtatshëm për krijimin e ULF: industria prodhon mikroqarqe të gatshme që veprojnë si amplifikues.
Secili prej këtyre qarqeve është një grup op-amp, tranzistorë dhe elementë të tjerë të lidhur në një mënyrë të caktuar.
Shembuj të disa serive ULF në formën e qarqeve të integruara:
- TDA7057Q.
- K174UN7.
- TDA1518BQ.
- TDA2050.
Të gjitha seritë e mësipërme përdoren në pajisjet audio. Secili model ka karakteristika të ndryshme: tensioni i furnizimit, fuqia dalëse, fitimi.
Bëhen në formë elementësh të vegjël me shumë kunja, të cilat janë të përshtatshme për t'u vendosur në tabelë dhe për t'u montuar.
Për të punuar me një përforcues me frekuencë të ulët në një mikroqark, është e dobishme të njihni bazat e algjebrës logjike, si dhe parimet e funksionimit të elementeve logjike DHE-JO, OSE-JO.
Pothuajse çdo pajisje elektronike mund të montohet në elemente logjike, por në këtë rast, shumë qarqe do të rezultojnë të mëdha dhe të papërshtatshme për instalim.
Prandaj, përdorimi i qarqeve të integruara të gatshme që kryejnë funksionin ULF duket të jetë opsioni praktik më i përshtatshëm.
Përmirësim i skemës
Sa më sipër ishte një shembull se si mund të përmirësoni sinjalin e përforcuar kur punoni me transistorë bipolarë dhe me efekt në terren (duke lidhur një kondensator dhe një rezistencë paralelisht).
Përmirësime të tilla strukturore mund të bëhen pothuajse me çdo skemë. Natyrisht, futja e elementeve të reja rritetrënia e tensionit (humbjet), por falë kësaj, vetitë e qarqeve të ndryshme mund të përmirësohen. Për shembull, kondensatorët janë filtra të shkëlqyer të frekuencës.
Në elementët rezistent, kapacitiv ose induktiv, rekomandohet mbledhja e filtrave më të thjeshtë që filtrojnë frekuencat që nuk duhet të bien në qark. Duke kombinuar elementët rezistues dhe kapacitiv me amplifikatorët operacionalë, mund të montohen filtra më efikasë (integruesit, diferencuesit Sallen-Key, filtrat e nivelit dhe brezit).
Në përfundim
Parametrat më të rëndësishëm të amplifikatorëve të frekuencës janë:
- fitim;
- faktori i shtrembërimit të sinjalit;
- fuqi dalëse.
Përforcuesit me frekuencë të ulët përdoren më shpesh në pajisjet audio. Ju mund të mbledhni të dhëna të pajisjes praktikisht në elementët e mëposhtëm:
- në tuba vakum;
- në transistorë;
- në amplifikatorët operacional;
- në patate të skuqura të gatshme.
Karakteristikat e amplifikatorëve me frekuencë të ulët mund të përmirësohen duke futur elementë rezistues, kapacitiv ose induktiv.
Secila nga skemat e mësipërme ka avantazhet dhe disavantazhet e veta: disa amplifikatorë janë të shtrenjtë për t'u montuar, disa mund të kalojnë në ngopje, për disa është e vështirë të koordinohen elementët e përdorur. Ka gjithmonë veçori me të cilat duhet të merret projektuesi i amplifikatorëve.
Duke përdorur të gjitha rekomandimet e dhëna në këtë artikull, mund të ndërtoni amplifikatorin tuaj për përdorim në shtëpinë vend që të blini këtë pajisje, e cila mund të kushtojë shumë para kur bëhet fjalë për pajisje me cilësi të lartë.
